01 概述

　　蝸輪蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成，用于傳遞交錯軸之間的運動和動力，通常兩軸交錯角為90°。在一般蝸桿傳動中，都是以蝸桿為主動件。

　　從外形上看，蝸桿類似螺栓，蝸輪則很像斜齒圓柱齒輪。

　　工作時，蝸輪輪齒沿著蝸桿的螺旋面作滑動和滾動。

　　蝸桿是指具有一個或幾個螺旋齒，并且與蝸輪嚙合而組成交錯軸齒輪副的齒輪。其分度曲面可以是圓柱面、圓錐面或圓環(huán)面。

　　有阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡圓柱蝸桿四種類別。

　　蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。

　　為了改善輪齒的接觸情況，將蝸輪沿齒寬方向做成圓弧形，使之將蝸桿部分包住。這樣蝸桿蝸輪嚙合時是線接觸，而不是點接觸。

　　02 蝸輪蝸桿傳動的優(yōu)點

　　?單級傳動比大，一般i=10~100。在傳遞動力的分度機構中，最大可達1500以上。

　　?同嚙合為線接觸，可承受較大的動力。

　　?結構緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小。

　　?當蝸桿升角小于齒輪間的當量摩擦角時，具反行程自鎖性，即只能以蝸桿帶動蝸輪，不能蝸輪帶動蝸桿。

　　03 蝸輪蝸桿傳動的缺點

　　?同兩軸垂直，兩輪節(jié)點線速度垂直，故相對滑動速度很大，易發(fā)熱和磨損。?效率低，一般效率在0.7~0.8;具有自鎖性的蝸桿蝸輪效率更低，一般小于0.5。 

　　04 蝸輪、蝸桿的計算公式

　　1.傳動比=蝸輪齒數(shù)÷蝸桿頭數(shù)

　　2.中心距=(蝸輪節(jié)徑+蝸桿節(jié)徑)÷2

　　3.蝸輪吼徑=(齒數(shù)+2)×模數(shù)

　　4.蝸輪節(jié)徑=模數(shù)×齒數(shù)

　　5.蝸桿節(jié)徑=蝸桿外徑-2×模數(shù)

　　6.蝸桿導程=π×模數(shù)×頭數(shù)

　　7.螺旋角(導程角)tgB=(模數(shù)×頭數(shù))÷蝸桿節(jié)徑

　　8.蝸桿導程=π×模數(shù)×頭數(shù)

　　9.模數(shù)=分度圓直徑/齒數(shù)

　　蝸桿的頭數(shù)：單頭蝸桿(蝸桿上只有一條螺旋線，即蝸桿轉一周，蝸輪轉過一齒);雙頭蝸桿(蝸桿上有兩條螺旋線，即蝸桿轉一周，蝸輪轉過兩個齒)。

　　模數(shù)是指螺桿上螺旋線的大小，也就是模數(shù)越大，螺桿上的螺旋線就越大，直徑系數(shù)是指螺桿的粗細。

　　模數(shù)：齒輪的分度圓是設計、計算齒輪各部分尺寸的基準，而齒輪分度圓的周長=πd=z p，于是得分度圓的直徑d=z p/π

　　由于在上式中π為一無理數(shù)，不便于作為基準的分度圓的定位。為了便于計算，制造和檢驗，現(xiàn)將比值p/π人為地規(guī)定為一些簡單的數(shù)值，并把這個比值叫做模數(shù)(module)，以m表示。

　　05 蝸桿傳動的類型

　　按蝸桿的形狀不同，蝸桿可分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐形蝸桿傳動。其中圓柱蝸桿傳動應用最廣。

　　普通圓柱蝸桿多用直母線刀刃的車刀在車床上切制，隨刀具安裝位置和所用刀具的變化，可獲得在垂直軸線的橫截面上具有不同齒廓的4種蝸桿：漸開線蝸桿(ZI型)、阿基米德蝸桿(ZA型)、法向直廓蝸桿(ZN)、錐面包絡圓柱蝸桿(ZK)。

　　漸開線蝸桿(ZI型)——刀刃平面與蝸桿基圓柱相切，端面齒為漸開線，適于較高速度和較大的功率。

　　阿基米德蝸桿(ZA型)——垂直于軸線平面的齒廓為阿基米德螺線，過軸線的平面內齒廓為直線，加工簡單，精度較低。(軸向直廓蝸桿)。

　　法向直廓蝸桿(ZN)——可用經(jīng)修正的砂輪磨齒，加工較簡單,常用來作多頭蝸桿,傳動效率可達0.9。

　　錐面包絡圓柱蝸桿(ZK)——這是一種非線性螺旋曲面蝸桿。它不能在車床上加工，只能在銑床上銑制并在磨床上磨削。這種蝸桿便于磨削，蝸桿的精度較高，應用日漸廣泛。

　　06 金屬蝸桿的加工工藝

　　1.確定毛坯的材料

　　(1)具有優(yōu)良的加工性能，能得到良好的表面光潔度和較小的殘余內應力，對刀具磨損作用較小。

　　⑵抗拉極限度一般不低于588MPa。

　?、怯辛己玫臒崽幚砉に囆?，淬透性好，不易淬裂，組織均勻，熱處理變形小，能獲得較高的硬度，從而保證蝸桿的耐磨性和尺寸的穩(wěn)定性。

　?、炔牧嫌捕染鶆?，金相組織符合標準。常用的材料有：T10A,T12A,45,9Mn2V,CrMn等。其中9Mn2V有較好的工藝性和穩(wěn)定性，但淬透性差;優(yōu)點是熱處理后變形小，適用于制作高精度零件，但其容易開裂，磨削工藝性差，蝸桿的硬度越高越耐磨，但制造時不易磨削。

　　2.加工定位基面的選擇

　　蝸桿定位基面：從結構上分，蝸桿有兩種形式，套裝蝸桿，整體蝸桿。套裝蝸桿以內孔加工基面，因此應先精加工內孔，然后以內孔為基面加工外圓及支承軸頸，螺紋的加工同樣以內孔為基面，因此需要心軸。一般精密分度蝸桿的內孔精度要求是很高的，有的需要進行研磨老保證精度。

　　一般精度分度蝸桿內孔應不低于1級精度，表面粗糙度不低于0.12，內孔的端面振擺應不小于0.005mm。蝸桿裝在心軸上加工時，應首先檢查兩端軸肩的徑向跳動是否在規(guī)定允差之內，以后每道工序均應校驗，在蝸桿裝配時，同樣要校驗兩端軸肩的徑向跳動，心軸精度必須等于或高于與套裝蝸桿相配的軸精度。

　　整體蝸桿以中心孔為加工基面，對中心孔的要求很高，應該有保錐，保證光潔度和接觸面積，每道工序前要檢查和修正中心孔，對支承軸頸應保證與中心孔同軸度和本身的幾何精度，在半精加工和精加工工序前，都應檢查支承軸頸的徑向，跳徑和端面的軸向振擺是否在公差以內。

　　選擇粗基準時，考慮的重點是如何保證各加工面有足夠的余量，使不加工基面與加工表面間的尺寸，位子符合圖紙要求。

　　粗基準選擇應當滿足以下要求：

　?、糯只鶞实倪x擇應以加工表面為粗基準。這是為了保證加工面與不加工面的相互位置關系精度，如果工件上表面上有好幾個不需要加工的表面，則應選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準。以求壁厚均勻，外形對稱，少裝夾等。

　　⑵選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準。

　　⑶應選擇加工余量最小的表面作為粗基準。這樣可以保證該表面有足夠的加工余量。

　?、葢M可能選擇平整，光潔，面積足夠大的表面作為粗精準，以保證定位準確夾緊可靠。有澆口，冒口，飛邊，毛刺的表面不宜選作粗基準，必要時需經(jīng)初加工。

　?、纱只鶞蕬苊庵貜褪褂茫驗榇只鶞实谋砻娲蠖鄶?shù)是粗糙不規(guī)則的，多次使用難以保證外表面間的位置精度。

　　按照粗基準的選擇原則，夾住外圓在一次裝夾中把大部分表面加工出來，能保證外圓與內孔同軸度以及端面與軸線的垂直度。

　　金屬蝸桿加工工藝路線

　　1.不淬硬套裝蝸桿

　　備料——正火——粗車——(調制)——半精車外圓，粗車螺旋面——人工時效——精車(精磨)內孔端面——插鍵槽——半精車螺旋面——鉗(休整不完全齒)——半精磨外圓——精磨螺旋面——低溫時效——研中心孔——精磨外圓——精磨螺旋面

　　2.滲碳淬火整體蝸桿

　　鍛造——退火——粗車——正火——半精車外圓及螺旋面——鉗(休整不完全齒)——滲碳——精車外圓(去不需滲碳部分)——淬火回火——研磨中心孔——車緊固螺紋——銑槽——半精磨外圓——半精磨螺旋面——低溫時效——研磨中心孔——精磨外圈及端面——精磨螺旋面

　　下料：按正規(guī)定要求坯料要經(jīng)過鍛打處理，為獲取良好的金屬纖維狀。

　　粗車：要保證同軸度，留適當?shù)木庸ち俊?/p>

　　熱處理調質處理HRC28-32、半精車，各部半精車留0.5mm的精車量，車蝸桿部分及兩端退刀槽車至要求，挑蝸桿、粗挑，不論用分層法 切入法等都可。

　　在中經(jīng)處測量留量，半精挑留量為精光留好較好的基礎。

　　低速精光三面至要求，刀具一定要鋒利，刃口粗糙度一定要好，一面一面的光。精車各部至要求保證同軸度。

　　普通圓柱蝸桿若用直線切削刃在車床上加工，按刀具安裝位置不同，切出的蝸桿又可分為阿基米德蝸桿(ZA)、漸開線蝸桿(ZI)和法向直廓蝸桿(ZN)等。ZA阿基米德蝸桿 車刀刀刃平面通過蝸桿軸線，車刀切削刃夾角2α=40°切出的蝸桿，在軸平面上具有直線齒廓，法向剖面齒廓為外凸曲線。而端面上的齒廓曲線為阿基米德螺旋線，故稱為阿基米德蝸桿。這種蝸桿加工和測量都比較方便，故應用廣泛。

　　但導程角γ過大時加工困難。難以用砂輪磨削出精確齒形，故傳動精度和傳動效率較低。ZI漸開線蝸桿 車刀切削刃平面與蝸桿的基圓柱相切，被切出的蝸桿在軸平面上具有凸廓曲線，而在垂直于軸線的端面上的齒廓為漸開線，故稱為漸開線蝸桿。這種蝸桿可以磨削，故傳動精度和傳動效率較高，適用于成批生產和大功率、高速精密傳動。

　　ZN法向直廓蝸桿 當蝸桿導程角 γ較大時，為了使車刀獲得合理的前角和后角，車制時車刀刀刃平面放在蝸桿螺旋線的法平面上，這樣切出的蝸桿，在法向剖面上齒廓為直線，故 稱為法向直廓蝸桿。而在垂直于軸線的端面上的齒廓曲線為延伸漸開線，因而又稱為延伸漸開線蝸桿。這種蝸桿切削性能較好，有利于加工多頭蝸桿，且可用砂輪磨齒，常用于機床的多頭精密蝸桿傳動。隨著技術和產品要求的進步，需要切削速度進一步提高，車削法產生了瓶頸，于是出現(xiàn)了旋風銑。即用旋轉的刀具來提高切削線速度(可達每分鐘400米)，工件則無須高速旋轉。

　　蝸桿的旋風銑加工方法分兩種，內旋風whirling和外旋風milling。

　　內旋風：工件圓周與刀牙圓周內切(蝸桿在刀盤內部) 精度可達DIN7 Ra0.8

　　外旋風：工件圓周與刀牙圓周外切(蝸桿在刀盤外部) 精度可達DIN6 Ra0.4